제어장치의 기능과 구조

최종 수정 : 25.1.4

제어장치의 기능

1. 제어장치의 기능

제어장치는 프로그램, 즉 명령어를 해독하고 해독한 결과에 따라 명령어 실행에 필요한 제어신호들을 발생하는 장치이다. 간단히 표현하면 명령어 사이클이 적절히 수행되도록 모든 동작을 제어하는 장치이다. 명령어 사이클은 명령어 인출 사이클, 간접 사이클, 실행 사이클, 인터럽트 사이클로 구성되며 각 사이클마다 마이크로 연산(micro-operation)이 수행된다.

 

마이크로 연산들은 2진수로 표현되며 마이크로 명령어(microinstruction) 또는 제어단어(control word)라 부른다. 이러한 마이크로 명령어의 집단을 마이크로프로그램(microprogram)이라고 한다. 모든 명령어의 공통인 인출동작인 3개의 마이크로 명령어로 구성되고 실행동작은ㄱ 각 명령어마다 서로 다르며, 동작의 길이도 명령어에 따라 다르다.

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2. 제어장치의 구조

1) 제어장치 내부구조(instruction decoder)

MBR를 통해서 명령어 레지스터(IR)로부터 들어온 명령어의 op code를 해독하고, 해독한 op code의 연산을 실행하기 위해서 시작주소를 결정한다.

 

2) 제어주소 레지스터(CAR ; Control Address Register)

제어메모리의 주소를 지정하는 레지스터이다. 항상 다음 실행할 마이크로 명령어의 주소를 저장하고 있다.

 

3) 제어기억장치(control memory)

소자는 ROM이며 마이크로프로그램이 저장된 내부기억장치이다.

 

4) 제어 버퍼 레지스터(CBR ; Control Buffer Register)

제어메모리에서 읽은 마이크로 명령어를 일시적으로 저장하는 레지스터이다.

 

5) 서브루틴 레지스터(SBR ; Subroutine Register)

마이크로프로그램에서 서브루틴이 발생한 경우에 현재의 제어주소 레지스터의 내용을 일시적으로 저장하는 레시스터이다. 서브루틴이 끝나면 다시 복구된다.

 

6) 순서제어 모듈(sequencing module)

마이크로 명령어의 실행순서를 결정하는 모듈로 다양한 방법으로 실행순서가 결정된다. 논리회로로 구성되어 있다.

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3. CPU 명령어 세트를 설계하는 순서

1. 명령어의 종류와 그 명령들의 비트 패턴을 정한다.
2. 명령어 실행에 필요한 하드웨어를 설계한다.
3. 각각의 명령어 실행 사이클 루틴은 마이크로프로그램을 작성한다.

마이크로프로그램은 CPU 설계단계에서 확정이 되고 나면 제어기억장치에 저장한다. 이때 제어기억장치는 ROM을 사용하며 CPU 칩 내부에 포함되어 있다. 인스트럭션 레지스터(IR)의 연산코드(op code)는 명령 해독기로 이동하고 이 연산은 실행 사이클 루틴을 수행한다. 따라서 명령어 해독기는 연산코드를 이용하여 제어기억장치 내 해당 실행 사이클의 시작주소를 찾아야 하는데 이 과정이 바로 명령어 해독이다.

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참고

독학사 교재